Напряжение на клеммах заряженного аккумулятора: Каким в норме должно быть напряжение аккумулятора автомобиля |Интернет-магазин аккумуляторов Колеса Даром

Как проверить аккумулятор автомобиля на работоспособность: напряжение аккумулятора

Как известно, аккумулятор автомобиля (АКБ) является важным элементом, который обеспечивает запуск двигателя от стартера и питает бортовую сеть тогда, когда двигатель не работает. Однако, аккумулятор машины, как и любая другая батарея, имеет ограниченный срок службы, а также может разряжаться по причине определенных неисправностей.

При этом напряжение на аккумуляторе автомобиля является одним из основных показателей, по которым можно определить, что с аккумулятором возникли проблемы. Далее мы рассмотрим, какое напряжение должно быть на аккумуляторе, как  выполняется проверка аккумулятора мультиметром, а также как проверить АКБ на работающем и заглушенном двигателе. 

Содержание статьи

• Как проверить аккумулятор мультиметром и нагрузочной вилкой
• Как проверить АКБ при заглушенном двигателе: напряжение заряженного аккумулятора
• Проверка аккумулятора нагрузочной вилкой
• Что в итоге

Как проверить аккумулятор мультиметром и нагрузочной вилкой

Как показывает практика, реальное напряжение АКБ, которое может показывать БК автомобиля или различные устройства, запитанные в бортовую сеть, далеко не всегда соответствует тому, что отображено на экране бортового компьютера или  на отдельном  устройстве. Причина- высока вероятность потерь. Другими словами, уровень заряда аккумулятора на клеммах и напряжение в бортовой сети может отличаться. По этой причине нужно знать,  как проверить заряд АКБ именно на клеммах.

Прежде всего, проверка АКБ мультиметром является простым и доступным способом, который позволяет быстро и точно определить напряжение аккумулятора. Для такой проверки необходимо иметь мультиметр (тестер), который переводится в режим измерения напряжения. Если мультиметр только приобретается, оптимально покупать цифровой мультиметр, так как с ним удобнее работать, чем со стрелочным аналогом.

Идем далее. Для получения достоверных результатов, напряжение аккумулятора автомобиля  мультиметром изменяется пошагово, то есть двумя способами:

• проверка аккумулятора при работающем двигателе;
• замер напряжения АКБ на заглушенном моторе;

Сначала напряжение на аккумуляторе измеряется на заведенном ДВС. Обратите внимание, нормальное напряжение аккумулятора должно быть от 13. 5 до 14 В. Если показатель больше 14.2 В, тогда это говорит о том, что АКБ разряжена и генератор активно заряжает батарею.  Так происходит не всегда, однако возможно в ряде случаев. Например, в морозы аккумулятор может разряжаться от холода, то есть при замерах напряжение будет повышено.

Также на некоторых авто па АКБ может подаваться большой заряд, так как бортовая система автомобиля определяет, что температура воздуха низкая и пытается максимально быстро и эффективно подзарядить батарею. При этом повышенное напряжение, если оно не держится постоянно, не указывает на неполадки.

После того, как аккумулятор немного подзарядится и с учетом того, что электрооборудование машины  в норме, спустя некоторое время все показатели придут в норму, то есть напряжение будет 13.5-14 В.

Итак, чтобы проверить АКБ, нужно отключить все потребители электроэнергии в авто (габариты, фары, кондиционер, подогревы и т.д.). С учетом того, какое должно быть напряжение на аккумуляторе, мультиметр должен показать от 13. 5 до 14 В. Это значит, что все в норме.

В том случае, если напряжение ниже, это может указывать на то, что генератор автомобиля работает некорректно или окислились клеммы АКБ. Как правило, проверять генератор и/или клеммы нужно тогда, когда напряжение при работающем двигателе и выключенных потребителях  энергии  упало ниже отметки 13В.

На практике, частой причиной становятся именно контакты аккумулятора. Если заметен  характерный налет (серо-зеленый), тогда их нужно зачистить мелкой наждачкой. Если же все в порядке, нужна отдельная проверка генератора автомобиля. 

Кстати, работоспособность АКБ и генератора можно проверить еще одним способом. На работающем двигателе и выключенных источниках энергопотребления напряжение на аккумуляторе 13.6. Так вот, если включить ближний свет, напряжение должно понизиться на 0.1-0.2 В.

Затем можно включить магнитолу, кондиционер, подогревы и т.д. После включения каждого потребителя напряжение должно снижаться, но незначительно. В случае, когда показатели заметно падают, это указывает на то, что генератор не выдает заряд в полном объеме, возможны проблемы со щетками генератора и т. д.

В норме, когда все потребители включены, напряжение на клеммах АКБ не должно просаживаться  ниже 12.8-13.0 В. Если показатели меньше, тогда это указывает на то, что происходит разряд аккумулятора. В этом случае батарея обычно требует обслуживания (если это возможно) или замены аккумулятора на новую АКБ.  

Как проверить АКБ при заглушенном двигателе: напряжение заряженного аккумулятора

Прежде всего, замер напряжения АКБ на заглушенном моторе также позволяет определить состояние батареи.  Если показатель 11.8-12 В, тогда это говорит о том, что аккумулятор разряжен и ДВС может не заводиться.

В норме показатель должен составлять 12.5  или 13 В. Кстати, чтобы понять, какой уровень заряда аккумулятора по напряжению, показатель 12.9 В свидетельствует о заряде батареи на 90%, тогда как падение напряжения до 12.5 В говорит о заряде не больше половины. Показатель 12.1 В будет означать, что АКБ разряжена почти полностью и заряд аккумулятора составляет не более 10%.

Такие замеры позволяют быстро определить, каков заряд АКБ. Единственное, важно понимать, что данные могут отличаться в зависимости от температуры батареи. Например, если замерить напряжение сразу после того, как двигатель работал, температура под капотом высокая и т.д., показания будут одни. Если же повторить измерения «на холодную», то есть заглушить мотор и не запускать несколько часов, тогда высока вероятность других данных.

С учетом такой особенности лучше измерить напряжение на аккумуляторе именно до запуска мотора, а не после. Также уровень заряда аккумулятора при таком подходе покажет, как АКБ держит заряд долгое время. 

Нормальная батарея после полной зарядки не потеряет свой заряд через 5-10 часов, также напряжение только слегка упадет через 5-7 дней. Если же с аккумулятором возникли проблемы, он будет разряжаться очень быстро.

Проверка аккумулятора нагрузочной вилкой

Данный способ проверки достаточно точный, позволяет также быстро определить работоспособность аккумулятора автомобиля. По результатам можно точно понять, заряжен аккумулятор или АКБ разряжена.

Чтобы выполнить проверку, к аккумулятору подсоединяется нагрузочная вилка. При подключении нужно следить за полярностью, не путая «плюс» и «минус», подключается вилка к АКБ на время не более 3-5 сек.

В начале замеров показатели должны быть 12-13 В, а через 3-5 сек. все равно больше 10 В. В этом случае можно считать, что АКБ исправна и аккумулятор заряжен, а также нормально работает под нагрузками.

В том случае, когда при проверке аккумулятора нагрузочной вилкой напряжение оказывается ниже 9 В, такой аккумулятор можно считать пришедшим в негодность (для необслуживаемых АКБ) или таким, который нуждается в комплексном обслуживании (для обслуживаемых аккумуляторов).

Рекомендуем также прочитать статью о том, как зарядить необслуживаемый аккумулятор автомобиля правильно. Из этой статьи вы узнаете, как нужно заряжать необслуживаемые АКБ, а также что следует отдельно учитывать при зарядке необслуживаемых аккумуляторов.

Даже если такая батарея еще крутить стартер, это не значит, что проблему низкого заряда под нагрузкой можно решить банальной дозарядкой от внешнего ЗУ для аккумулятора. В любом случае, малейшее похолодание или длительный простой выведет такую АКБ из строя, то есть двигатель завести  в тот или иной момент не получится. 

Что в итоге

С учетом приведенной выше информации становится понятно, что напряжение аккумулятора, которое показывает бортовой компьютер автомобиля или внешние устройства, может отличаться от реального непосредственно на клеммах АКБ.

По этой причине наиболее достоверными будут показания замеров напряжения, которые выполняются на заведенном, а также на заглушенном двигателе при помощи мультиметра. Также рекомендуется отдельно проверять аккумулятор нагрузочной вилкой, чтобы убедиться в работоспособности АКБ под нагрузкой.

Рекомендуем также прочитать статью о том, какой аккумулятор для дизельного двигателя лучше купить. Из этой статьи вы узнаете об особенностях выбора АКБ для дизеля, чем аккумуляторы для дизельного мотора отличаются от аналогов для моторов на бензине, а также что нужно учитывать при покупке АКБ для дизельного двигателя. 

Напоследок отметим, чтобы увеличить срок службы АКБ автомобиля, батарея нуждается в периодической дозарядке аккумулятора, при этом нужно знать, как правильно заряжать аккумулятор автомобиля зарядным устройством.

Также при необходимости нужно обслуживать аккумулятор, следить за плотностью электролита и т.д.  Такой подход позволяет сохранять и поддерживать полную работоспособность АКБ на протяжении всего срока службы батареи.

Зарядка автомобильного аккумулятора — как зарядить аккумулятор автомобиля зарядным устройством

Аккумулятор – важная, дорогостоящая и очень капризная деталь автомобиля. При правильной эксплуатации батарея может без каких-либо неприятных сюрпризов отслужить пять-семь лет, а при неправильном использовании – выйдет из строя за несколько поездок.

Для того, чтобы разобраться с аспектами выбора и эксплуатации этого источника питания, необходимо определиться с конструкцией, функциями, принципом работы и разновидностями аккумуляторных батарей.

Автомобильный аккумулятор – устройство способное накапливать электрический заряд, хранить его и по мере надобности передавать накопленную энергию потребителям. Именно благодаря аккумулятору, который подает пусковой ток на стартер, раскручивая его, и происходит запуск двигателя.

Конструкция и принцип работы автомобильного аккумулятора

Типовой источник питания состоит из пластикового корпуса, в котором компактно размещены свинцовые решетки, залитые раствором электролита. На крышке корпуса располагаются два контакта: минус и плюс. Они чаще всего изготавливают из свинца.

Как и сто лет назад, принцип работы аккумуляторных батарей практически не изменился. При подаче электрического тока на контакты аккумулятора, меняется плотность электролита и начинает происходить накопление заряженных частиц в решетках. По достижению определенного предела, который зависит от емкости батареи, заряд достигает своего максимума и сохраняется. Потом, при подключении аккумулятора к потребителю, электрические заряды начинают перетекать по проводным соединениям, обеспечивая электроэнергией последний, при этом плотность электролита снижается и падает напряжение.

Основные параметры аккумуляторных батарей

Емкость – важнейший критерий, показывающий сколько времени подобное изделие может выдавать требуемую силу тока, не достигая критических значений. Измеряется в Амперах в час.
Пусковой ток – максимальная сила тока, которую способен выдать аккумулятор без просадки напряжения ниже 9 Вольт. Чем выше это значение, тем больше вероятность запуска двигателя в холодное время года.
Напряжение на клеммах – один из главных показателей работоспособности батареи. Исправный аккумулятор без нагрузки выдает не более 12.7 Вольт при полном заряде и не менее 11. 6 Вольт при нулевом заряде.

Классификация аккумуляторов

1. В зависимости от исполнения различают:

• американские, отличающиеся от своих собратьев, резьбовыми клеммами, расположенными на боковой стенке;
• японские, имеющие более скромные габаритные размеры;
• европейские, наиболее распространенные на территории нашей страны АКБ, имеющие классическую форму и размеры.

2. По типу полярности:

• с прямой полярностью, когда плюсовая клемма расположена слева если смотреть со стороны контактов;
• с обратной полярностью, когда слева расположена минусовая клемма.

3. По типу батареи:

• свинцово-кислотные;
• гелиевые;
• с технологией Absorbent Glass Mat.

4. По характеру обслуживания:

• обслуживаемые, те которые предусматривают возможность долива электролита;
• не обслуживаемые и не разборные.

Зарядка аккумулятора автомобиля от генератора

Так как во время работы аккумулятор проходит много циклов заряда-разряда, получая энергию от автомобильного генератора и отдавая ее по мере надобности потребителям, например питая магнитолу, фары, обогрев стекол, климат-контроль и прочее оборудование, нередко в работе системы возникают различные накладки. Как результат, аккумулятор либо недозаряжается, либо наоборот перезаряжается. Рассмотрим опасности обоих явлений.

При перезаряде происходит перегрев, окисление и быстрое осыпание положительных пластин, также наблюдается выкипание воды из электролита. Следует отметить, что закипают чаще всего аккумуляторы, имеющие пластины из сурьмянистого свинца. Более современные и дорогие батареи с кальциевыми пластинами практически не подвержены перезаряду, так как при достижении граничного значения они самостоятельно перестают заряжаться. Помимо этого, при чрезмерном заряде происходит осыпание пластин, и остаточный шлам, накапливаясь на дне, в последующем может стать причиной замыкания АКБ.

При недозаряде существует высокая вероятность полностью посадить аккумулятор, опустив уровень заряда ниже критического значения, после чего восстановлению АКБ уже не подлежит. Кроме этого при падении плотности электролита есть риск заледенения банок, в результате чего возможно разрушение пластин.

Для того, чтобы не допустить подобных явлений, все автомобили оснащаются специальными реле-регуляторами, которые контролируют заряд аккумулятора.

Нередко владельцы машин жалуются на то, что аккумулятор быстро разряжается, и, как следствие, постоянно работает в неблагоприятном режиме, в связи с чем ресурс его работы существенно снижается. Перед тем как приступить к зарядке аккумулятора автомобиля, необходимо установить причины, вызвавшие его разряд, так как при нормальном функционировании АКБ прибегать к использованию автономных зарядных устройств, как правило, нет нужды.

Распространенные причины быстрого разряда АКБ

1. Изначально был выбран неподходящий по емкости источник питания. Если аккумулятор имеет маленькую емкость, а на автомобиле установлено большое количество разнообразного дополнительного оборудования, например мощная аудиосистема, стеклоподъемники, сабвуфер, противотуманные фары и прочее, то заряда аккумулятора не будет хватать на всех потребителей. Он будет вынужден выдавать практически максимальную силу тока, а значит быстро разряжаться.
2. Штатный генератор недозаряжает АКБ, например, из-за сильно прослабленного ремня. В идеале напряжение в бортовой сети авто должно составлять от 13 до 14 вольт, в противном случае обеспечить хорошую зарядку не получится.
3. Окислились клеммы аккумулятора или же присутствует замыкание электропроводов.
4. Разрушение пластин АКБ, в результате чего наблюдается существенно уменьшение емкости. Очень часто пластины разрушаются из-за того, что вовремя не была долита дистиллированная вода.
5. Большой ток утечки. Если вы оставите включенным мощный потребитель при заглушенном двигателе, то даже исправный аккумулятор спустя какое-то время разрядится. Например, включенные фары или подсветка в салоне способны разрядить аккумулятор всего за несколько часов.

Стоит отметить, что низкая температура воздуха увеличивает скорость разряда аккумулятора, поэтому перед наступлением холодов следует позаботиться о том, чтобы характеристики вашей АКБ были максимально приближены к эталонным.

Нередки случаи, что аккумулятор разряжается до нижнего предела и запустить с его помощью двигатель уже не представляется возможным. В этом случае необходимо воспользоваться сторонними зарядными устройствами.

Классификация зарядных устройств

Перед тем как ответить на вопрос, как правильно заряжать автомобильный аккумулятор, необходимо ознакомиться с видами зарядных устройств.

1. В зависимости от схемы заряда ЗУ разделяют на:

• работающие с постоянным напряжением. Данные девайсы лояльно относятся к АКБ, не доводя электролит до критических температур, однако обеспечить стопроцентный заряд они не в состоянии;
• заряжающие при неизменной силе тока. Подобные устройства в состоянии полностью зарядить источник питания, однако они способны перегреть электролит, тем самым значительно уменьшив срок жизни АКБ;
• комбинированные. Сочетают в себе лучшие качества вышеописанных моделей, не имея при этом их недостатков. Зарядка происходит полностью в автоматическом режиме.

2. В зависимости от конструкции ЗУ делят на:

• импульсные, легкие и компактные устройства, однако они не всегда отличаются долговечностью;
• трансформаторные, более громоздкие зарядки, однако они считаются более надежными;

Зарядка аккумулятора автомобиля зарядным устройством

Очевидно, что заряжать аккумулятор автомобиля зарядным устройством целесообразнее в домашних условиях, где обеспечен комфортный температурный режим и имеется доступ к бытовой сети 220 В. Для этого придется снять АКБ с машины, предварительно отсоединив клеммы. Первым делом снимается минусовая клемма, а только потом плюсовая. После этого следует протереть корпус батареи от грязи и пыли, а также тщательно очистить выходные контакты.

В зимний период, перед тем, как заряжать автомобильный аккумулятор, лучше дать ему постоять определенное время при комнатной температуре и уже потом только начинать процедуру. Если же электролит, в силу сильного разряда батареи и низкой температуры на улице, замерз (да, и такое тоже бывает), то просто необходимо дождаться того момента, когда он снова приобретет жидкое состояние. На это может потребоваться до нескольких часов. Замерзание электролита крайне нежелательно, так как оно может существенно сократить срок службы АКБ. Также ресурс батареи сильно уменьшается из-за глубоких разрядов.

Если аккумулятор относится к категории обслуживаемых, то перед его зарядкой необходимо открутить крышки банок, чтобы в процессе заряда их не сорвало в результате большого давления выделяющихся газов. Только после выполнения указанной процедуры можно смело приступать к зарядке аккумулятора.

Если АКБ необслуживаемый, то можно пропустить вышеописанные манипуляции и сразу подключать зарядное устройство, строго соблюдая при этом полярность. Во избежание неправильного подключения плюсовая клемма аккумулятора сделана большей по размеру. Кроме того, около каждого вывода проставлена соответствующая маркировка «+» или «–». Аналогичные обозначения имеются на зажимах зарядного устройства. Плюс подключаем к плюсу, а минус к минусу, после чего нажимаем кнопку запуска.

С автоматическими зарядками все просто – после подключения устройство само определяет требуемый режим, а также прекращает цикл без стороннего вмешательства. При работе же с ручными ЗУ вам придется выбрать необходимый режим работы собственноручно. Правда, подобные зарядные устройства все реже можно встретить в магазинах, поэтому останавливаться на тонкостях их работы не будем.

После того, как аккумулятор полностью зарядится, не будет лишним проверить плотность электролита, чтобы удостовериться что батарея исправна и ее саморазряд минимален. Эта операция выполняется при помощью специального прибора – ареометра. Плотность электролита полностью заряженного аккумулятора (напряжение на клеммах равняется 12.8 В) должна находиться в пределах от 1.25 до 1.28 г/куб. см. Если наблюдаются отклонения, то необходимо скорректировать пропорции электролита. Кроме этого, нужно позаботиться о том, чтобы уровень электролита находился в пределах нормы. Если он меньше, то следует добавить дистиллированной воды, при этом контролируя плотность.

Ток и время зарядки автомобильного аккумулятора

Величина зарядного тока выбирается таким образом, чтобы она составляла не более десяти процентов от емкости АКБ. То есть, аккумулятор емкостью 55 Ампер-часов нужно заряжать силой тока 5.5 Ампер в течение 10 часов.

Однако, на практике все намного сложнее, поэтому, чтобы избежать чрезмерного газообразования, следует каждый час-два проверять состояние аккумулятора. В конце цикла зарядки рекомендуется постепенно снижать силу тока, постоянно контролируя напряжение на выводах аккумуляторной батареи. Ответственность за регулирование тока зарядки современные зарядные устройства берут на себя, поэтому вмешательство человека в принципе не требуется.

Подводя итоги, следует отметить, что если АКБ будет работать в нормальных условиях без глубоких разрядов и перезарядки, а также обслуживаться каждый год, то она без каких-либо сложностей сумеет справляться со своими прямыми обязанностями в течение пяти-семи лет. Важно только регулярно проверять состояние батареи и правильно заряжать ее при необходимости.

Датчик напряжения аккумуляторной батареи с кольцевыми клеммами аккумуляторной батареи

• Описание
• Спецификация
• загрузок
• Часто задаваемые вопросы

Описание

Датчик напряжения аккумулятора обеспечивает пользователям более точную зарядку аккумулятора, позволяя вам быть уверенным в том, что контроллер заряда работает так эффективно, как должен. В некоторых приложениях с длинными линиями может быть разница между напряжением, измеренным на клеммах солнечного зарядного устройства MPPT/PWM, и напряжением, измеренным на клеммах аккумулятора. BVS является идеальным решением, поскольку обеспечивает более точное напряжение батареи для контроллера и позволяет ему более точно регулировать этап зарядки, что приводит к общему увеличению срока службы батареи. Благодаря разъему корпуса, который легко подключается к большинству наших флагманских контроллеров заряда MPPT и PWM, датчик BVS представляет собой простое, но эффективное решение для вашей системы.

Если у вас есть какие-либо вопросы относительно этого продукта, пожалуйста, отправить дело !

Основные характеристики

• Совместим с контроллерами заряда Renogy Rover Li 60A/100A и Rover Elite 20A/40A, а также с зарядным устройством DC-DC MPPT на 50 А.
• Работает с аккумуляторными блоками 12 В/24 В/36 В/ и 48 В.
• Простая установка — подключите разъем к контроллеру заряда, подключите кольцевые клеммы к блоку аккумуляторов, и вы готовы к работе!
• Точное измерение напряжения повышает общую производительность и здоровье батареи
Соответствует требованиям
• ROHS и UL.

Комплект поставки

Датчик напряжения аккумуляторной батареи с кольцевыми клеммами аккумуляторной батареи 1 х

 

Технические характеристики
Номинальное напряжение: 12 В/24 В/36 В/48 В Группы батарей	Вес: 0,44 фунта (0,2 кг)
Клеммы: M8 (прибл. 5/16″) Кольцевая клемма	Длина: 16,4 фута (5 м)

Информация о гарантии

Панели	25-летняя гарантия на выходную мощность: 5 лет/95% КПД, 10 лет/90% КПД, 25 лет/80% КПД 5-летняя гарантия на материалы и качество изготовления
Аксессуары	Гарантия на материал 1 год

 

Сертификация

 

 

Отзывы Скрыть отзывы

Датчик напряжения аккумуляторной батареи с кольцевыми клеммами аккумуляторной батареи

Обзор

Брэд, 25 мая 2022 г.

Отличный продукт, быстрая доставка, похоже, улучшилась точность моего монитора. Ура

Датчик напряжения аккумуляторной батареи с кольцевыми клеммами аккумуляторной батареи

Провод датчика

Майкл, 18 февраля 2022 г.

Отлично делает то, что должно

Датчик напряжения аккумуляторной батареи с кольцевыми клеммами аккумуляторной батареи

Написать отзыв

Выберите рейтинг

5 звезд 4 звезды 3 звезды 2 звезды 1 звезда

Имя

Адрес электронной почты

Предмет

Комментарии

Учебник по физике: Разность электрических потенциалов

В предыдущем разделе урока 1 было введено понятие электрического потенциала. Электрический потенциал — это зависящая от местоположения величина, которая выражает количество потенциальной энергии на единицу заряда в указанном месте. Когда кулоновский заряд (или любое заданное количество заряда) обладает относительно большим количеством потенциальной энергии в данном месте, то это место называется местом с высоким электрическим потенциалом. И точно так же, если кулон заряда (или любое заданное количество заряда) обладает относительно небольшим количеством потенциальной энергии в данном месте, то это место называется местом с низким электрическим потенциалом. Когда мы начнем применять наши понятия потенциальной энергии и электрического потенциала к цепям, мы начнем ссылаться на разность электрических потенциалов между двумя точками. Эта часть Урока 1 будет посвящена пониманию разности электрических потенциалов и ее применению к движению заряда в электрических цепях.

Рассмотрим задачу перемещения положительного пробного заряда в однородном электрическом поле из точки A в точку B, как показано на диаграмме справа. При перемещении заряда против электрического поля из точки А в точку В над зарядом должна быть совершена работа внешней силой. Работа, совершаемая над зарядом, изменяет его потенциальную энергию на большее значение; а количество выполненной работы равно изменению потенциальной энергии. В результате этого изменения потенциальной энергии также возникает разница в электрическом потенциале между точками A и B. Эта разница в электрическом потенциале представлена ​​символом 9.0019 ΔV и формально обозначается как разность электрических потенциалов . По определению, разность электрических потенциалов — это разность электрических потенциалов (В) между конечным и начальным местоположением, когда над зарядом совершается работа по изменению его потенциальной энергии. В форме уравнения разность электрических потенциалов равна

Стандартной метрической единицей разности электрических потенциалов является вольт, сокращенно обозначаемый как В и названный в честь Алессандро Вольта. Один вольт равен одному джоулю на кулон. Если разность электрических потенциалов между двумя точками составляет 1 вольт, то один кулон заряда получит 1 джоуль потенциальной энергии при перемещении между этими двумя точками. Если разность электрических потенциалов между двумя точками составляет 3 вольта, то один кулон заряда получит 3 джоуля потенциальной энергии при перемещении между этими двумя точками. И, наконец, если разность электрических потенциалов между двумя точками составляет 12 вольт, то один кулон заряда получит 12 джоулей потенциальной энергии при перемещении между этими двумя точками. Поскольку разность электрических потенциалов выражается в единицах вольт, ее иногда называют напряжение .

Разность электрических потенциалов и простые цепи

Электрические цепи, как мы увидим, связаны с перемещением заряда между различными точками и соответствующей потерей и приобретением энергии, которые сопровождают это движение. В предыдущей части Урока 1 концепция электрического потенциала применялась к простой электрической цепи с батарейным питанием. В этом обсуждении было объяснено, что над положительным пробным зарядом необходимо совершить работу, чтобы переместить его через ячейки от отрицательного вывода к положительному. Эта работа увеличила бы потенциальную энергию заряда и, следовательно, увеличила бы его электрический потенциал. Когда положительный пробный заряд проходит через внешней цепи от положительной клеммы к отрицательной клемме, она уменьшает свою электрическую потенциальную энергию и, таким образом, находится под низким потенциалом к ​​тому времени, когда возвращается к отрицательной клемме. Если в цепи используется 12-вольтовая батарея, то каждый кулон заряда приобретает 12 джоулей потенциальной энергии при движении через батарею. И точно так же каждый кулон заряда теряет 12 джоулей потенциальной электрической энергии при прохождении через внешнюю цепь. Потеря этой потенциальной электрической энергии во внешней цепи приводит к увеличению световой энергии, тепловой энергии и других форм неэлектрической энергии.

При четком понимании разности электрических потенциалов можно правильно понять роль гальванического элемента или набора элементов (например, батареи) в простой цепи. Ячейки просто поставляют энергию для выполнения работы над зарядом, чтобы переместить его от отрицательного полюса к положительному полюсу. Обеспечивая заряд энергией, ячейка способна поддерживать разность электрических потенциалов на двух концах внешней цепи. Как только заряд достигает клеммы с высоким потенциалом, он естественным образом течет по проводам к клемме с низким потенциалом. Движение заряда по электрической цепи аналогично движению воды в аквапарке или движению американских горок в парке развлечений. В каждой аналогии над водой или машинами американских горок должна быть проделана работа, чтобы переместить их из места с низким гравитационным потенциалом в место с высоким гравитационным потенциалом. Как только вода или американские горки достигают высокого гравитационного потенциала, они естественным образом движутся вниз обратно в место с низким потенциалом. Для водной прогулки или катания на американских горках задача подъема водных или горных автомобилей до высокого потенциала требует энергии. Энергия подается водяным насосом с приводом от двигателя или цепью с приводом от двигателя. В электрической цепи с батарейным питанием элементы выполняют роль зарядового насоса, снабжая заряд энергией, чтобы поднять его из положения с низким потенциалом через элемент в положение с высоким потенциалом.

Часто бывает удобно говорить об электрической цепи, такой как обсуждаемая здесь простая цепь, состоящей из двух частей — внутренней цепи и внешней цепи. Внутренняя цепь является частью цепи, где энергия подается на заряд. Для простой схемы с батарейным питанием, о которой мы говорили, часть схемы, содержащая гальванические элементы, является внутренней схемой. Внешняя цепь является частью цепи, в которой заряд перемещается за пределы ячеек по проводам на своем пути от клеммы с высоким потенциалом к ​​клемме с низким потенциалом. Движение заряда по внутренней цепи требует энергии, так как это в гору движение в направлении против электрического поля . Движение заряда по внешней цепи естественно, поскольку это движение в направлении электрического поля. На положительной клемме гальванического элемента положительный тестовый заряд находится под высоким электрическим давлением таким же образом, как вода в аквапарке находится под высоким давлением после того, как ее накачивают на вершину водной горки. Находясь под высоким электрическим напряжением, положительный пробный заряд самопроизвольно и естественным образом перемещается по внешней цепи в место с низким давлением и низким потенциалом.

При движении положительного пробного заряда по внешней цепи он сталкивается с различными типами элементов цепи. Каждый элемент схемы служит преобразователем энергии. Лампочки, двигатели и нагревательные элементы (например, в тостерах и фенах) являются примерами устройств, преобразующих энергию. В каждом из этих устройств электрическая потенциальная энергия заряда преобразуется в другие полезные (и неполезные) формы. Например, в лампочке электрическая потенциальная энергия заряда преобразуется в световую энергию (полезную форму) и тепловую энергию (неполезную форму). Движущийся заряд совершает работу над лампочкой, производя две разные формы энергии. При этом движущийся заряд теряет свою электрическую потенциальную энергию. Покинув элемент цепи, заряд получает меньше энергии. Место непосредственно перед входом в лампочку (или любой элемент цепи) является местом с высоким электрическим потенциалом; и место сразу после выхода из лампочки (или любого элемента цепи) является местом с низким электрическим потенциалом. Ссылаясь на диаграмму выше, места A и B являются местами с высоким потенциалом, а места C и D — местами с низким потенциалом. Потеря электрического потенциала при прохождении через элемент цепи часто упоминается как падение напряжения . К тому времени, когда положительный испытательный заряд возвращается к отрицательной клемме, он находится под напряжением 0 вольт и готов к повторному включению и перекачиванию обратно к положительному выводу высокого напряжения.

 

Диаграммы электрических потенциалов

Диаграмма электрических потенциалов представляет собой удобный инструмент для представления разностей электрических потенциалов между различными точками электрической цепи. Ниже показаны две простые схемы и соответствующие им диаграммы электрических потенциалов.

В цепи А есть 1,5-вольтовая D-ячейка и одна лампочка. В цепи B есть 6-вольтовая батарея (четыре 1,5-вольтовых D-элемента) и две лампочки. В каждом случае отрицательная клемма батареи является точкой 0 вольт. Положительный полюс батареи имеет электрический потенциал, равный номинальному напряжению батареи. Аккумулятор активирует заряд, чтобы перекачал его с клеммы низкого напряжения на клемму высокого напряжения. Таким образом, батарея создает разность электрических потенциалов на двух концах внешней цепи. Быть под электрическим давлением заряд теперь будет двигаться по внешней цепи. Поскольку его электрическая потенциальная энергия преобразуется в энергию света и тепловую энергию в местах расположения лампочек, заряд уменьшает свой электрический потенциал. Общее падение напряжения во внешней цепи равно напряжению батареи, когда заряд перемещается от положительной клеммы обратно к 0 вольт на отрицательной клемме. В случае схемы B во внешней цепи имеется два падения напряжения, по одному на каждую лампочку. В то время как величина падения напряжения в отдельной лампочке зависит от различных факторов (будет обсуждаться позже), совокупная величина падения должна равняться 6 вольтам, полученным при прохождении через батарею.

Расследуй!

Разность электрических потенциалов между двумя вставками бытовой электросети зависит от страны. Используйте виджет Бытовое напряжение ниже, чтобы узнать значения бытового напряжения для разных стран (например, США, Канады, Японии, Китая, Южной Африки и т. д.).

 

Проверьте свое понимание

1. Перемещение электрона в электрическом поле изменит ____ электрон.

а. масса б. сумма заряда раз. потенциальная энергия

 

2. Если бы электрическая цепь была аналогична водяной цепи в аквапарке, то напряжение батареи было бы сравнимо с _____.

а. скорость, с которой вода течет по контуру

б. скорость, с которой вода течет по контуру

в. расстояние, которое вода проходит через контур

д. давление воды между верхом и низом контура

эл. помеха, вызванная препятствиями на пути движущейся воды

 

3. Если бы электрическая цепь вашего Walkman была аналогична водяной цепи в аквапарке, то батарея была бы сопоставима с _____.

а. люди, которые соскальзывают с возвышенностей на землю

б. препятствия, стоящие на пути движущейся воды

в. насос, перекачивающий воду с земли на возвышенности

д. трубы, по которым течет вода

эл. расстояние, которое вода проходит через контур

 

4. Что из следующего верно относительно электрической цепи вашего фонарика?

а. Заряд движется по цепи очень быстро — почти со скоростью света.

б. Батарея обеспечивает заряд (электроны), который движется по проводам.

в. Батарея обеспечивает заряд (протоны), который движется по проводам.

д. Заряд расходуется по мере прохождения через лампочку.

эл. Аккумулятор поставляет энергию, которая повышает заряд от низкого до высокого напряжения.

ф. … ерунда! Ничего из этого не соответствует действительности.

 

5. Если батарея обеспечивает высокое напряжение, она может ____.

а. сделать много работы в течение своей жизни

б. делать много работы над каждым зарядом, с которым он сталкивается

в. протолкнуть много заряда через цепь

д. прослужит долго

 

На схеме ниже справа показана лампочка, подключенная проводами к клеммам + и — автомобильного аккумулятора. Используйте диаграмму, чтобы ответить на следующие четыре вопроса.

6. По сравнению с точкой D точка A имеет _____ электрический потенциал.

а. на 12 В выше в

б. на 12 В ниже в

в. точно такой же

д. … невозможно сказать

 

7. Электрическая потенциальная энергия заряда равна нулю в точке _____.

 

8. Требуется энергия, чтобы заставить положительный пробный заряд переместиться ___.

а. по проводу из точки А в точку Б

б. через лампочку из точки B в точку C

в. по проводу из точки C в точку D

д. через аккумулятор из точки D в точку A

 

9. Энергия, необходимая для перемещения заряда +2 Кл между точками D и A, составляет ____ Дж.

a. 0,167б. 2.0с. 6.0д. 12е. 24

 

 

10. Следующая схема состоит из D-элемента и лампочки. Используйте символы >, < и =, чтобы сравнить электрический потенциал в точках A и B и в точках C и D. Укажите, добавляют ли устройства энергию к заряду или забирают энергию из него.

 

 

 

11. Используя свое понимание математической взаимосвязи между работой, потенциальной энергией, зарядом и разностью электрических потенциалов, выполните следующие утверждения:

a. Батарея напряжением 9 вольт увеличит потенциальную энергию заряда 1 кулон на ____ джоулей.

б. Батарея напряжением 9 вольт увеличит потенциальную энергию заряда 2 кулона на ____ джоулей.

в. А 9-вольтовая батарея увеличит потенциальную энергию заряда 0,5 кулона на ____ джоулей.

д. ___-вольтовая батарея увеличит потенциальную энергию заряда в 3 кулона на 18 джоулей.

эл. Батарея напряжением ___ вольт увеличит потенциальную энергию заряда 2 кулона на 3 джоуля.